Uni Stuttgart Reifung im Reinraum

Von Martin Schäfer 

An der Universität Stuttgart steigt die Chinesin Na Liu zur weltweit gefragten Nachwuchsforscherin auf.

Mit speziellen Messgeräten untersucht die 30-jährige Na Liu die optischen Eigenschaften von Metamaterialien. Foto: Steinert
Mit speziellen Messgeräten untersucht die 30-jährige Na Liu die optischen Eigenschaften von Metamaterialien. Foto: Steinert
Stuttgart - Die Fußschlappen übergezogen, das Haarnetz festgezurrt - so schwingt sich Na Liu im weißen Kittel über das kleine Bänkchen, das den sogenannten Reinraum von der schmutzigen Außenwelt trennt. Hinter dieser Grenze liegt ihr Reich. Dort präpariert sie winzige physikalische Strukturen, die den Naturgesetzen hohnzusprechen scheinen. Die bescheidene Chinesin erzeugt sogenannte Metamaterialien. Stoffe, die es in der Natur nicht gibt. Stoffe mit verblüffenden Eigenschaften, etwa der, einen Lichtstrahl in die "falsche" Richtung abzulenken.

Normalerweise bricht das Licht zum Lot hin, wenn es beispielsweise von Luft in Wasser übertritt. Bei Metamaterialien bricht es in eine andere Richtung. Die Physiker wissen das zu nutzen: Eine der meistbeschworenen Anwendungen solcher Metamaterialien ist die Tarnkappe oder der Tarnmantel à la Harry Potter. Doch auch eher profane Einsatzfelder wie in der Optik oder bei Bio- und Medizinsensoren sind denkbar. Auch Na Liu hält den Tarnmantel für möglich - wenn auch erst in ferner Zukunft. Bisher - schränkt sie ein - gibt es solche Tarnkappen nur für winzig kleine, 2-dimensionale Objekte, und das auch nur für Mikrowellenstrahlen. Für den Tarnkappenmantel im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums und für die dritte Dimension braucht es allerdings ganz neue Ideen. Und genau an diesen arbeitet Na Liu.

Die Physikerin vom 4. physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist in der Grundlagenforschung so erfolgreich, dass die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) der gerade mal dreißig Jahre alten Forscherin eine international führende Rolle auf dem Gebiet der Metamaterialien zuerkennt. Am Dienstag erhält Na Liu auf der Frühjahrstagung der DPG in Regensburg den Hertha-Sponer-Preis, der an Wissenschaftlerinnen für hervorragende Arbeiten aus der Physik verliehen wird.

Kulturschock: beschaulich statt hektisch


Dass Na Liu in Deutschland zur Ausnahmeforscherin reifen konnte, ist teils Zufall, teils hat es Methode. Na Liu studierte zunächst in Peking und Hongkong. "Die meisten Freunde gingen dann zum Studium in die USA", erklärt sie. Ein Freund erzählte ihr allerdings, dass es sich auch in Deutschland gut leben und studieren ließe. Ein chinesischer Kommilitone, der heute in Reutlingen arbeitet, bewog sie, ans 4. Physikalische Institut von Harald Giessen zu kommen. Dort begann der methodische Teil.

Giessen ließ seiner Doktorandin Na Liu Zeit. Die brauchte sie auch. Zu groß war der Kulturschock zwischen dem hektischen Hongkong und dem beschaulichen Stuttgart. Rund ein Jahr benötigte die junge Chinesin, um sich an das neue Lebens- und Arbeitsumfeld zu gewöhnen. "Es war eine unproduktive Zeit", blickt Na Liu zurück. Dann zog ihr Ehemann aus China nach. Damit brach das Eis. "In einem Monat arbeite ich eine Woche intensiv im Labor, dann drei Wochen im Büro an der Auswertung und Veröffentlichung", sagt Na Liu. Innerhalb von zwei Jahren konnte sie mit elf Publikationen in hochrangigen Fachzeitschriften bei ihrem Doktorvater Harald Giessen punkten. Eigentlich waren nur drei Publikationen als Voraussetzung für die Promotion verlangt.

Doch harte Arbeit alleine reicht nicht für den Erfolg. "Sie hat gute Ideen", erklärt ein Physikerkollege. Und diese Ideen setzt sie konsequent um. Harald Giessen gibt ein Beispiel. Wenn Na Liu am Sonntag eine Idee hat, simuliert sie ihr Konzept, um neue Metamaterialien zu präparieren, am Montag am Computer. In den nächsten Tagen folgen eine detaillierte Diskussion unter Kollegen und die Experimente im Reinraum. "Den Montag darauf präsentiert sie schon die erste Version einer Veröffentlichung", sagt Giessen. Der 45-jährige Physiker hat an seinem Lehrstuhl keinen fest angestellten akademischen Mittelbau. Er sieht es als seine Aufgabe, den Diplomanden, Doktoranden und Postdocs in seinem 40-köpfigen Team ein kreatives Arbeitsumfeld zu geben, das Spitzenleistungen fördert. Dafür verlangt er ihnen auch einiges ab: Um die richtige Interpretation eines Experiments oder die beste Formulierung in einer Veröffentlichung streitet er sich herzlich und gern mit den Mitarbeitern. Selbst die zurückhaltende Na Liu steigt dann in die Diskussion ein, um ihre Position zu verteidigen.

Für ein Jahr in die USA


"Ich kann mich gut auf ein Ziel konzentrieren, das ich dann konsequent verfolge", sagt sie. Kommt ihr etwas in die Quere, empfindet sie das als persönlichen Rückschlag, etwa wenn ein Experiment misslingt oder wenn ein Gutachter negativ über ein Manuskript entscheidet. Die Kollegen, ihr Chef, aber auch ihre Familie helfen ihr dann aus dem Motivationsloch heraus. Für Familienaktivitäten will Na Liu auch ihr Preisgeld von 3000 Euro verwenden.

Mit dem Preis verabschiedet sich Na Liu für mindestens ein Jahr aus Deutschland. Die junge Forscherin zieht es an die Universität von Kalifornien in Berkeley. Giessen verliert damit eine seiner produktivsten Kräfte. Doch er sieht das als Bestätigung seiner eigenen Arbeit. Harald Giessen versucht, seine Doktoranden in den besten Labors in den USA und Großbritannien als Postdocs unterzubringen. Als Professor kommen diese dann mitunter auch wieder nach Deutschland zurück.

Für Na Liu ist die Forschungsvisite in die USA ein Perspektivwechsel: Präparierte sie bisher die Metamaterialien mit Methoden der Halbleiterchipfertigung auf strukturierten Oberflächen, so kann sie im Labor des Chemikers Paul Alivisatos in Berkeley diese Strukturen aus atomaren und molekularen Bausteinen synthetisieren. "Ich dachte, es müsse eine Person geben, die beide Techniken beherrscht", erklärt Na Liu. Anders als sonst - sie plant selten in die Zukunft, lebt lieber im Hier und Jetzt - ist die Rückkehr nach Deutschland aber vorgezeichnet. Ihr Ehemann arbeitet als Physiker an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Das könnte der Hauptgrund sein, dass der Shootingstar der Nanophysik Deutschland, und vielleicht sogar Stuttgart, erhalten bleibt.